[发明专利]合金结构钢油田钻采工具在硫化氢恶劣环境下防脆断热处理工艺

说明书

技术领域

 本发明涉及油田钻采工具的热处理工艺，具体的说是一种新型优质合金结构钢油田钻采工具在硫化氢恶劣环境下防脆断热处理工艺。

背景技术

用于石油钻探行业的井下工具都需要在几千米深的复杂地质条件下进行旋转，承载着很大的扭矩、弯曲变形，所以钻采工具必须用优质合金结构钢制成，按国家标准，其强度、硬度、韧性都有很高的要求，因此生产中优质合金结构钢的化学成分、热处理工艺是关键。

近些年，随着油气田的不断开发，井下的作业环境更为复杂；特别是在硫化氢环境下作业的工具，经常出现氢脆断裂，造成很大损失，严重制约合金结构钢在硫化氢环境下的作业。我国对在硫化氢环境下油田钻采工具用钢的研究起步较晚，目前还没有一种结构钢能在硫化氢恶劣的环境下长期服役，国外也很少报道。

发明内容

本发明的目的是克服合金结构钢油田钻采工具在硫化氢环境下作业容易出现氢脆断裂的缺点和不足，提高合金结构钢工具抗腐蚀能力，提供一种合理、合格、规范便于操作的合金结构钢工具的化学成分、热处理工艺，提高合金结构钢工具抗硫化氢腐蚀能力，防止氢脆断裂。

本发明的目的是这样实现的，在硫化氢环境下，油田钻采工具用优质合金结构钢化学成分为：：C:0.34-0.43﹪,Si: 0.17-0.37﹪,Mn: 0.40-0.90﹪,Cr：0.80-1.20﹪，Mo: 0.15-0.25﹪,S≤0.0350﹪,P≤0.035﹪。

所述合金结构钢油田钻采工具的热处理工艺包括淬火、亚稳态淬火、回火等步骤，具体如下：

1、将用合金结构钢制作的油田钻采工具表面清理干净、除去油污以防影响热处理效果。

2、淬火、回火

①、在840℃温度下加热、保温，然后用20号机油淬火，油温≤35℃，再进热处理炉用200℃保温回火2小时，淬火后的硬度≧HRC46,显微组织为：马氏体+残留奥氏体，淬火后工具在2小时内立即回火。

②、将经淬火、回火后的油田钻采工具在780℃下加热、保温，然后再次用20号机油进行亚稳态淬火，油温≤35℃，再进热处理炉用710℃保温回火4小时，经上述处理后的工具硬度≤HB228，显微组织为：回火索氏体+铁素体，晶粒度细化到10.2 μm，晶粒度级别为10.0～10.5级，延伸率为:15.0%，断面收缩率为:33.27%，屈服强度:σ_s≧980MPa，亚稳态淬火后工具在2小时内立即回火。

3、热处理后的工具，进行力学性能、显微组织、抗硫化氢腐蚀性能检验，合格后入库，性能检验指标如下：

①、硬度≤HRC22. 延伸率为:δ（%）≥19.0%、，断面收缩率为:φ（%）≥38.57%，屈服强度:σ_s≧1100MPa

②、显微组织为：回火索氏体+针状铁素体。晶粒度细化到10.2 μm，晶粒度级别为10.0～10.5级。

③、抗硫化氢腐蚀性能检验,在动态充氢电流密度为150                                               条件下，延伸率为：：δ（%）≥15.5%、，断面收缩率为：φ（%）≥33.27%，屈服强度为：σ_s≥ 980MPa。

本发明由于采用以上技术方案，热处理操作步骤规范、工艺合理，产品除能满足石油部转杆接头的硬度、强度、延伸率、冲击功等力学性能要求外，在高硫化氢环境下表现出很强的抗硫化氢腐蚀能力以防止氢脆断裂，产品满足在高硫化氢环境下油田钻采工具用钢的使用性能要求。

具体实施方式：

在硫化氢环境下，油田钻采工具用优质合金结构钢化学成分为： C:0.34-0.43﹪,Si: 0.17-0.37﹪,Mn: 0.40-0.90﹪,Cr：0.80-1.20﹪，Mo: 0.15-0.25﹪,S≤0.0350﹪,P≤0.035﹪。

所述合金结构钢油田钻采工具的热处理工艺包括淬火、亚稳态淬火、回火等步骤，具体如下：

1、将用合金结构钢制作的油田钻采工具表面清理干净、除去油污以防影响热处理效果。

2、淬火、回火

①、在840℃温度下加热、保温，然后用20号机油淬火，油温≤35℃，再进热处理炉用200℃保温回火2小时，淬火后的硬度≧HRC46,显微组织为：马氏体+残留奥氏体，淬火后工具在2小时内立即回火。